《上电复位和复位延时的时序分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《上电复位和复位延时的时序分析.doc（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、IT * . I* 乞 4 - ” _亠 一 N“ I*一4 JK .K -anaboGks 凸XTAL2801251上电复位和复位延时的时序分析专业技术2008-11-16 23:32 阅读49 评论0字号：大中小分析上电复位的内在原理，具有一般的指导意义，转载80C51单片机的上电复位 POR(Pmver On Reset)实质上就是上电延时复位，也就是在上电延时期间把单片机锁定在复位状态上。为什么在每次单片机接通电源时，都需要加入一定的延迟时间呢？分析如下。1上电复位时序在单片机及其应用电路每次上电的过程中，由于电源同路中通常存在一些容量大小不等的滤波电容，使得单片机芯片在其电源引脚VC
2、C和VSS之间所感受到的电源电压值VDD，是从低到高逐渐上升的。该过程所持续的时间一般为 1 100ms(记作tsddrise)。上电延时taddrise的定义是电源电压从10% VDD上升到90%VDD所需的时间，如图1所示。A 3 00 VA 950US4.440 V1上电延时和起振延时Uc实测结果在单片机电源电压上升到适合内部振荡电路运行的范围并且稳定下来之后，时钟振荡器开始了启动过程（具体包括偏置、起振、锁定和稳定几个过程）。该过程所持续的时间一般为150 ms（记作tOSC）。起振延时tOSC的定义是时钟振荡器输岀信号的高电平达到Vihl所需的时间。从图1所示的实际测量图中也可以看得
3、很清楚。这里的Vihl是单片机电气特性中的一个普通参数，代表XTALI和RST引脚上的输入逻辑高电平。例如，对于常见的单片机型号AT89C5I和AT89S5I，厂家给出的 Vihl值为0 . 7VDDVDD+0. 5V。从理论上讲，单片机每次上电复位所需的最短延时应该不小于treset。这里，treset等于上电延时taddrise与起振延时tOSC之和，如图1所示。从实际上讲，延迟一个treset往往还不够，不能够保障单片机有-一个良好的工作开端。在单片机每次初始加电时，首先投入工作的功能部件是复位电路。复位电路把单片机锁定在复位状态上并且维持一个延时（记作TRST），以便给予电源电压从上升
4、到稳定的一个等待时间；在电源电压稳 定之后，再插入一个延时，给予时钟振荡器从起振到稳定的一个等待时间；在单片机开始进入运行状态之前，还要至少推迟2个机器周期的延时，如图2所示。ALEXTAJChi显示ALE信号，每格5V；Ch2显示RST上的电压信号每格1Ch3显示 匕曲信号卡每格lVlhl显示X I AL2信号窮每格IV2复位信号释放的时机2上电复位电路3款上述一系列的延时，都是利用在单片机RST引脚上外接一个 RC支路的充电时间而形成的。典型复位电路如图3(a)所示，其中的阻容值是原始手册中提供的。在经历了一系列延时之后，单片机才开始 按照时钟源的工作频率，进入到正常的程序运行状态。从图2
5、所示的实测曲线中可以同时看到4条曲线:VDD、Vrst、XTAL2和ALE。在电源电压以及振荡器输出信号稳定之后，又等待了一段较长的延时才释放 RST信号，使得CPU脱离复位锁定状态；而 RST信号一旦被释放，立刻在 ALE引脚上就可检测到持续 的脉冲信号。3C卫lOpF80C51RST(町典型电路(b)简化电路(c)改进电E上电复位延时电路J由于标准80C51的复位逻辑相对简单，复位源只有RST 一个(相对新型单片机来说，复位源比较单一)，因此各种原因所导致的复位活动以及复位状态的进入，都要依靠在外接引脚RST上施加一定时间宽度的高电平信号来实现。标准80C5l不仅复位源比较单一，而且还没有
6、设计内部上电复位的延时功能，因此必须借助于外接阻容支路来增加延时环节，如图 3(a)所示。其实，外接电阻 R还是可以省略的，理由是一些 CMOS 单片机芯片内部存在一个现成的下拉电阻 Rrst。例如，AT89系列的Rrst阻值约为50200kQ ; P89V51 Rx2系列的Rrst阻值约为40225 kQ,如图4所示。因此，在图3(a)基础上，上电复位延时电路还可以精简为图3(b)所示的简化电路(其中电容C的容量也相应减小了 )。在每次单片机断电之后，须使延时电容C上的电荷立刻放掉，以便为随后可能在很短的时间内再次加电作好准备。否则，在断电后C还没有充分放电的情况下，如果很快又加电，那么RC
7、支路就失去了它应有的延迟功能。因此，在图3(a)的基础上添加一个放电二极管D，上电复位延时电路就变成了如图3(c)所示的改进电路。也就是说，只有RC支路的充电过程对电路是有用的，放电过程不仅无用，而且会带来潜在的危害。于是附加一个放电二极管D来大力缩短放电持续时间，以便消除隐患。二极管 D只有在单片机断电的瞬间(即VCC趋近于0V，可以看作 VCC对地短路)正向导通，平时一直处于反偏截止状态。图4复位引脚RST内部电路3上电复位失败的2种案例分析假如上电复位延迟时间不够或者根本没有延时过程，则单片机可能面临以下2种危险，从而导致CPU开始执行程序时没有一个良好的初始化，甚至陷入错乱状态。在时钟
8、振荡器输出的时钟脉冲还没有稳定，甚至还没有起振之前，就因释放RST信号的锁定状态而放纵CPU开始执行程序。这将会导致程序计数器PC中首次抓取的地址码很可能是 0000H之外的随机值，进而引导 CPU陷入混乱状态。参考图 5所示的实测信号曲线。XTAL2禹冷m2A. I OC VLtik vALESi写 广hi i *a v在时钟未稳定前释放RST的情况在电源电压还没有上升到合适范围之前（自然也是时钟尚未稳定之前），就释放RST信号的锁定状态，将会使单片机永远感受不到复位信号、经历不到复位过程、包含PC在内的各个SFR内容没有被初始化而保留了随机值，从而导致CPU从一个随机地址开始执行程序，进而
9、也陷入混乱状态。参考图6所示的实测信号曲线。Chi显示ALE信号徉每格5ViCh2显示RST上的电压侑号每格Ch3显示V信号毎格lVChl显示XTAL2信号，每格IV在电源和时钟均未稳定前释放RST的情况4外接监控器MAX810X为了提高单片机应用系统的稳定性，以及保障单片机应用系统的可靠复位，许多世界著名的半导体公司，陆续推岀了种类繁多、功能各异、封装微小的专用集成电路。本文仅以带有电源电压跌落复位 和上电延迟复位功能的 3脚芯片MAX810X为例，简单说明。MAX810x（x=L、M、J、T、S或R）是美国Maxim公司研制的一组 CMOS电源监控电路，能够 为低功耗微控制器 MCU（或g
10、C微处理器MPU（或gP或数字系统监视35V的电源电压。在电源上电、 断电和跌落期间产生脉宽不低于140ms的复位脉冲。与采用分立元件或通用芯片构成的欠压检测电路相比，将电压检测和复位延时等功能集成到一片3引脚封装的小芯片内，大大降低了系统电路的复杂性，减少了元器件的数量，显著提高了系统可靠性和精确度。应用电路如图7所示。JJ丄T外接带延时功能的电压检测复位电路JJMAX810X系列产品提供高电平复位信号，并且还能提供6种固定的检测门限（4. 63V、4. 38V、4. OOV、3 . 08V、2 . 93V和2 . 63V）。例如，MAX810M 的检测门限电压就是 4 . 38V，回差电压约为O . 16V。对于MAX810，在电源上电、断电或跌落期间，只要VCC还高于1 . 1V，就能保证RESET引脚输出高电压。在VCC上升期问RESET维持高电平，直到电源电压升至复位门限以上 。在超过此门限后， 内部定时器大约再维持 240 ms后释放RESET，使其返回低电平。无论何时只要电源电压降低到复位门限 以下（即电源跌落），RESET引脚就会立刻变高。关于MAX8IO芯片的更多信息，可以参考该器件的产品手册